Računarske mreže

TCP (Transmission Control Protocol)

• Obezbijeđuje direktnu komunikaciju između dva proizvoljna procesa na različitim host-ima.
• Komunikacija se odvija po uspiješno uspostavljenoj logičkoj vezi.

• Aplikacije vide apstrakciju koju pruža TCP u formi dvosmjerne beskonačne sekvence bajta.
• Jedan kraj dvosmjerne veze se naziva socket.

• Aplikacija može da piše/čita proizvoljnu količinu podataka u/iz socket-a.

• OS identificira socket sa tupl-om (IPSrc, PortSrc, IPDest, PortDest) kojeg koristi kod demultipleksiranja prispjelih paketa.

• Sekvenca bajta generirana od strane izvorišnog procesa se particira u segmente čiji se sadržaj ubacuje u IP pakete koji se šalju u mrežu.

• TCP garantuje da će podaci biti dostavljeni destinacijskom procesu u istom redoslijedu kao što su generirani u izvorišnom procesu.

• U slučaju da se neki paket u kojem se nalazi segment izgubi, TCP ima mehanizam detekcije gubitka i ponovne transmisije izgubljenog segmenta.

• Garancija kontrole toka (flow control)
  • TCP štiti sporog primaoca od preopterećenja nastalog zbog intenzivnog saobrećaja generiranog od strane bržeg pošiljaoca.

• Garancija kontrola zagušenja (congestion control)
  • TCP štiti mrežu od preopterećenja i pokušava generirati promet u skladu sa trenutnim estimiranim kapacitetom mreže.

• TCP segment se sastoji od zaglavlja i podataka dobivenih od aplikacije.

• Maksimalna količina podataka u segmentu ograničena je sa vrijednošću MSS (Maximum Segment Size), a postavlja se tako da bi se izbjegla fragmentacija IP paketa u koje se smještaju segmenti.
  • Tipični MSS: 1460, 536, 512.

• Upotrebom MSS opcije, prilikom uspostave veze dvije strane mogu pregovarati MSS koji će biti korišten u oba smjera.
• Upotrebom PMTUD (Path MTU Discovery) procedure, TCP/IP stack može utvrditi optimalni MSS spram kompletne putanje kojom se kreću podaci za već uspostavljenu TCP vezu.

• seq#
  • Relativano u odnosu na neki inicijalni seq#, koji je odabran u procesu uspostave konekcije, predstavlja ukupnu količina podataka u bajtima koje je pošiljac segmenta poslao drugoj strani, i to do trenutka slanja segmenta.
  • Sljedeći poslani segment će imati seq# inkrementiran za količinu bajta koja je poslana u podacima trenutnog segmenta.

• ack#
  • Relativano u odnosu na neki inicijalni ack#, koji je odabran u procesu uspostave konekcije, predstavlja ukupnu količina podataka u bajtima koje je pošiljac segmenta primio u potpunosti i u kontinuitetu od druge strane, i to do trenutka slanja trenutnog segmenta.

• ack# predstavlja signal potvrde za drugu stranu u komunikaciji da su njegovi poslani bajti primljeni do ack#
  • potvrda se šalje samo za one one podatke u sekvenci koji su do sada primljeni u kontinuitetu.
• Druga strana procesira ovaj broj samo ukoliko je ACK flag u zaglavlju postavljen na vrijednost 1.

• receive window
  • Predstavlja količinu podataka u bajtima koja je na raspolaganju unutar receive buffer-a na strani pošiljaoca segmenta.

• TCP dozvoljava da više segmenata bude poslano bez prethodne potvrde, naspram količine slobodnog prostora oglašenog sa receive window od druge strane, ili spram procjene trenutnog kapaciteta mreže.

Slanje segmenata

• Ukoliko od aplikacije prima manje količine podataka, TCP odgađa slanje segmenata (tzv tinygram) sve dok:
  • ne dobije potvrdu da je prethodno poslani tinygram primljen,
  • ili dok aplikacija ne generiše dovoljno podataka (>= MSS)
• Ova procedura se zove Nagle algoritam.

• Za poslani segment TCP aktivira tajmer čiji period predstavlja vrijeme u kojem se očekuje da će se od druge strane primiti potvrda za poslati segment.

Slanje potvrda

• Po primitku nekog segmenta primalac mora odlučiti kada će poslati potvrdu za primljene podatke, algoritam slanja potvrde može se prikazati narednom tabelom.

• Kada primi potvrdu za određeni segment, pošiljalac prekida tajmer i obavlja procedure za slanje novih podataka, nanovo aktivirajući tajmer za svaki poslani segment.

Ponovna slanja segmenata

• Ukoliko do isteka perioda ne dođe potvrda o primitku segmenta, TCP šalje isti segment nanovo.

• segment se šalje nanovo i prije isteka tajmera ukoliko se tri puta dobije duplikat ACK (potvrde već potvrđenog segmenta), ova procedura je tzv. fast retransmit.

Estimacija RTT

• Period tajmera $T$ za ponovnu transmisiju segmenta se mora dobro procijeniti spram trenutnog stanja mreže.

• U obzir se uzima estimirani RTT $e$, mjereni RTT $m$ i devijacija estimiranog RTT $\delta$ $$\begin{aligned} e_n &= 0.875 \cdot e_s + 0.125 \cdot m \\ \delta_n &= 0.75 \cdot \delta_s + 0.25 \cdot |m - e_n| \\ T &= e + 4 \cdot \delta_n \end{aligned}$$

• U slučaju da se dogodi retransmisija, period tajmer se setuje na $T=2 \cdot T$

Mašina stanja TCP veze

• TCP logička veza ima životni vijek koji počinje uspostavom veze, a završava se prekidom veze.
  • TCP implementacija na obje strane konekcije prolazi kroz različita stanja, koja se mogu prikazati FSM-om (mašina stanja)